Líneas de fuerza

Las líneas de fuerza son un método utilizado en mecánica de sólidos para visualizar las fuerzas internas en un cuerpo deformado . Una línea de fuerza es una curva que representa gráficamente la fuerza interna que actúa dentro de un cuerpo a través de superficies internas imaginarias. Las líneas de fuerza muestran las fuerzas internas máximas y sus direcciones.

El procedimiento para determinar las líneas de fuerza consta de dos etapas:

1) Definición de la superficie interna. La superficie es perpendicular a la tensión principal máxima en cada punto del sólido.

2) Integración de tensiones internas en la superficie. La tensión es una medida de la cantidad promedio de fuerza ejercida por unidad de área. La distribución de tensiones se puede obtener a partir de análisis teóricos conocidos ^{[ 1 ]} o numéricos ( método de elementos finitos ).

El investigador que construye las líneas de fuerza puede elegir una magnitud de la fuerza interna y el límite inicial donde comienza el procedimiento de dibujo.

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  Figura 1. Líneas de fuerza en una placa con un agujero.
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  Figura 2. Líneas de fuerza en una placa con una grieta central.
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  Figura 3. Líneas de fuerza en una viga sometida a flexión pura.

La figura 1 muestra un ejemplo de líneas de fuerza en un cuerpo con un orificio sometido a tensión. Las líneas de fuerza son más densas cerca del orificio. Esta visualización ayuda a explicar la concentración de tensiones .

La figura 2 muestra las líneas de fuerza en un cuerpo con una grieta. Las grietas son el concentrador de tensión más peligroso: la intensidad de las líneas de fuerza es alta en la punta de la grieta (véase Mecánica de fractura ).

La figura 3 muestra el caso de flexión pura de una viga de sección rectangular. No existen fuerzas internas en el eje neutro de la viga. Las líneas de fuerza de tracción y compresión son simétricas y se concentran más en el borde de la viga.

Las imágenes de líneas de fuerza se utilizan para

1) Análisis de la concentración de esfuerzos (Figura 1 y Figura 2): el número de líneas de fuerza aumenta en áreas con concentración de esfuerzos. ^{[ 2 ]}

2) Optimización de estructuras: reforzar la estructura en las zonas con concentración de líneas de fuerza y ​​eliminar los componentes donde no haya líneas de fuerza.

• Fractura
• Estrés en ingeniería
• concentración de estrés
• factor de intensidad de estrés
• Resistencia de los materiales
• Mecánica de fractura estructural